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\chapter{Python 基本数据类型与运算}

本章将进一步探讨 Python 的基本数据类型，包括数值类型、字符串、列表、元组、字典与集合。读者将了解这些数据类型的特性、常用操作方法和适用场景。同时，本章还将介绍 Python 中的基本运算符和常用内置函数，为后续数据处理与科学计算奠定基础。

\section{数值类型与基本运算}

Python 支持多种数值类型，包括整数（int）、浮点数（float）和复数（complex）。常见数值运算符包括加减乘除、整除、取余和幂运算等。

\subsection{整数、浮点数与复数}

\begin{minted}{python}
# 示例：数值类型与运算
a = 10          # 整数
b = 3.14159      # 浮点数
c = 2 + 3j       # 复数

print("a + b =", a + b)
print("a * b =", a * b)
print("a / 3 =", a / 3)
print("a // 3 =", a // 3)
print("a ** 2 =", a ** 2)
print("复数 c 的实部：", c.real, "虚部：", c.imag)
\end{minted}

\subsection{数学函数与模块}

Python 内置了一些基础数学函数，如 \texttt{abs()}、\texttt{round()}。对于更复杂的数学运算，可以导入 \texttt{math} 模块，使用其中的 \texttt{sqrt}、\texttt{sin}、\texttt{log} 等函数。

\begin{minted}{python}
import math

x = -5.7
print("|x| =", abs(x))
print("四舍五入：round(b, 2) =", round(b, 2))
print("sqrt(16) =", math.sqrt(16))
print("log(e) =", math.log(math.e))
\end{minted}

\section{字符串与基本文本处理}

字符串（string）是 Python 中处理文本数据的基本类型。字符串是不可变序列类型，可通过索引和切片访问。

\begin{minted}{python}
s = "Hello, Python!"
print("字符串长度：", len(s))
print("第一个字符：", s[0])
print("子串切片[0:5]：", s[0:5])
print("转大写：", s.upper())
print("替换子串：", s.replace("Python", "World"))
\end{minted}

\section{列表、元组、字典与集合}

Python 提供多种复合数据结构，列表（list）与元组（tuple）可存储有序数据序列，字典（dict）用于键值对存储，集合（set）则用于存储不重复元素的无序集合。

\begin{minted}{python}
# 列表
L = [1, 2, 3, 4]
L.append(5)
print("列表 L：", L)
print("L[2] =", L[2])

# 元组（不可变）
T = (10, 20, 30)
print("元组 T：", T)

# 字典
D = {"name": "Alice", "age": 25, "city": "Beijing"}
print("字典 D：", D)
print("D['name'] =", D["name"])

# 集合
S = {1, 2, 3, 3, 2}
print("集合 S：", S)
S.add(4)
print("添加元素后 S：", S)
\end{minted}

本章通过对基本数据类型与运算的介绍，使读者初步具备了操控基础数据结构的能力。下一章将进一步探讨程序的控制流与函数定义，为构建更为复杂的计算过程奠定基础。\cite{FAN2024107610}